自适应滤波器的FPGA设计与实现

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自适应技术已经被广泛应用于数字通信、雷达、声纳、地震学、导航系统、生物医学和工业控制等领域。自适应滤波器的硬件实现一直是自适应信号处理领域研究的热点。通常自适应滤波器都是用DSP实现的,这种自适应滤波器的速度比较慢,抗干扰能力差,结构复杂。随着数字集成电路和微电子技术的迅速发展,给自适应滤波器的高速实时实现提供了条件。现场可编程逻辑器件(FPGA)由于具有集成度高、速度快、功耗低及价格便宜等优点,在数字系统设计中被广泛使用。采用FPGA实现自适应算法不仅可以提高自适应速度和精度,而且可以使系统的开发周期缩短、成本降低、容易升级和变更。可以说FPGA的硬件实现方法,是自适应滤波的发展方向和前沿研究课题。   本文以随机干扰噪声信号作为研究对象,首先在Matlab上设计了LMS去噪自适应滤波器的程序,改变自适应参数,进行了一系列的仿真,为硬件实现提供了参考;然后,利用基于System Generator系统建模的方法,结合多种EDA工具,设计出了基于LMS算法的4阶和32阶自适应滤波器;为了提高系统的执行速率,设计了4阶延迟LMS(DLMS)自适应滤波器系统模型。实验结果表明,利用SystemGenerator系统建模的方法设计自适应滤波器,使得设计效率和滤波器运算速度都大大提高,而且在系统中采用流水线技术可以缩短系统的关键路径,提高系统工作频率。本文在FPGA芯片上最终实现了所设计的自适应滤波器,进行了硬件验证。
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